莫云飞; 蒋丽贵; 稂林; 文大东; 张海涛; 李媛; 田泽安; 彭平; 刘让苏

doi:10.7498/aps.73.20241089

摘要

金属液体(或过冷液体)中的主要微观结构对最终的凝固路径(晶化或非晶化)起着决定性作用, 何种微观结构将扮演关键性角色一直处在不断的被探索和研究中. 本文采用分子动力学方法模拟研究金属钽(tantalum, Ta)液体在不同压强下的快速凝固过程, 通过原子平均能量、双体分布函数和最大标准团簇分析方法, 对凝固过程中的微观结构演变进行量化分析. 研究结果表明, 相比于低含量的二十面体, 拓扑密堆(topologically close-packed, TCP)团簇在金属Ta液体中扮演着关键角色, 它不仅含量更高, 而且更能对凝固路径起决定性作用. 当压强P∈[0, 8.75] GPa时, 金属Ta液体中的TCP团簇不仅处于能量低且稳定性好的状态, 同时TCP团簇相互连结程度高而不容易被分解, 从而促进金属Ta液体发生非晶转变; 当压强P∈[9.375, 50] GPa时, 金属Ta液体中TCP团簇处于亚稳定状态, 且很多高能量的TCP团簇在液固转变过程中容易转变成其他团簇, 此时体心立方(body-centered cubic, BCC)晶胚容易在TCP团簇堆积稀疏区域形核和长大, 最终金属Ta液体转变成比较完美的BCC晶体.

关键词:

Abstract

The main microstructures in metallic liquids (or supercooled liquids) play a decisive role in determining the final solidification pathway (crystallization or amorphization). However, what kind of microstructure plays a critical role is constantly explored and studied by scholars. Some of previous theoretical and experimental studies have suggested that icosahedron (ICO) clusters (or ICO short-range order) in metallic liquids possess lower energy than their corresponding crystals, and high abundance of ICO clusters can increase the nucleation barriers and promote amorphous transformation. Current research results indicate that the content of various clusters (especially ICO clusters) in many metallic liquids is relatively low. Therefore, it is significant to identify which microstructure plays a critical role in metallic liquids.In this work, the rapid solidification processes of tantalum (Ta) metallic liquid under various pressure conditions are investigated by using molecular dynamic (MD) simulation, and the microstructure evolutions in different solidification processes are quantitatively analyzed through the average atomic energy, pair distribution function, and largest standard cluster analysis (LaSCA). The results show that, compared with the cluster with low content of ICO, topologically close-packed (TCP) clusters are not only more abundant but also play a more decisive role in determining the solidification path of Ta metallic liquids. At a pressure P∈[0, 8.75] GPa, the TCP clusters in Ta metallic liquid not only exhibit low energy and a highly stable state, but also are highly interconnected with each other and resist decomposition, thereby promoting the amorphous transformation of the Ta metallic liquid. At pressure P∈[9.375, 50] GPa, the TCP clusters in Ta metallic liquid are in a metastable state, many TCP clusters with high energy state can easily transform into other clusters in the liquid-solid transition process. In this stage, nucleation and growth of the body-centered cubic (BCC) embryo occur mainly in areas where TCP clusters are stacked sparsely, eventually Ta metallic liquid forms a perfect BCC crystal .

Keywords:

作者及机构信息

1.

2.

3.

4.

5.

通信作者: 稂林, 12020013@hnist.edu.cn

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 12004053)和湖南省教育厅重点和一般研究基金(批准号: 23A0492, 22C0581)资助的课题.

Authors and contacts

1.

2.

3.

4.

5.

Corresponding author: Lang Lin, 12020013@hnist.edu.cn

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 12004053) and the Scientific Research Fund of Education Department of Hunan Province, China (Grant Nos. 23A0492, 22C0581).

文章全文 : translate this paragraph

参考文献

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
[38]
[39]
[40]
[41]
[42]
[43]
[44]
[45]
[46]
[47]

施引文献

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

map

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
[38]
[39]
[40]
[41]
[42]
[43]
[44]
[45]
[46]
[47]

[1]	吴博强, 刘海蓉, 刘让苏, 莫云飞, 田泽安, 梁永超, 关绍康, 黄昌雄. 冷速对液态金属Mg凝固过程中微观结构演变的影响. 必威体育下载 , 2017, 66(1): 016101. doi: 10.7498/aps.66.016101
[2]	李丽丽, 张晓虹, 王玉龙, 国家辉, 张双. 基于聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料微观结构的力学性能模拟. 必威体育下载 , 2016, 65(19): 196202. doi: 10.7498/aps.65.196202
[3]	邓永和, 文大东, 彭超, 韦彦丁, 赵瑞, 彭平. 二十面体团簇的遗传:一个与快凝Cu56Zr44合金玻璃形成能力有关的动力学参数. 必威体育下载 , 2016, 65(6): 066401. doi: 10.7498/aps.65.066401
[4]	文大东, 彭平, 蒋元祺, 田泽安, 刘让苏. 快凝过程中液态Cu64Zr36合金二十面体团簇遗传与演化跟踪. 必威体育下载 , 2013, 62(19): 196101. doi: 10.7498/aps.62.196101
[5]	蔡杰, 季乐, 杨盛志, 张在强, 刘世超, 李艳, 王晓彤, 关庆丰. 强流脉冲电子束作用下金属锆的微观结构与应力状态. 必威体育下载 , 2013, 62(15): 156106. doi: 10.7498/aps.62.156106
[6]	邓阳, 刘让苏, 周群益, 刘海蓉, 梁永超, 莫云飞, 张海涛, 田泽安, 彭平. 熔体初始温度对液态金属Ni凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究. 必威体育下载 , 2013, 62(16): 166101. doi: 10.7498/aps.62.166101
[7]	徐春龙, 侯兆阳, 刘让苏. Ca70Mg30金属玻璃形成过程热力学、动力学和结构特性转变机理的模拟研究. 必威体育下载 , 2012, 61(13): 136401. doi: 10.7498/aps.61.136401
[8]	罗庆洪, 陆永浩, 娄艳芝. Ti-B-C-N纳米复合薄膜结构及力学性能研究. 必威体育下载 , 2011, 60(8): 086802. doi: 10.7498/aps.60.086802
[9]	罗庆洪, 娄艳芝, 赵振业, 杨会生. 退火对AlTiN多层薄膜结构及力学性能影响. 必威体育下载 , 2011, 60(6): 066201. doi: 10.7498/aps.60.066201
[10]	田雪雁, 赵谡玲, 徐征, 姚江峰, 张福俊, 贾全杰, 陈雨, 樊星, 龚伟. 高分子有机场效应晶体管中半导体薄膜结晶行为及微观结构变化的研究. 必威体育下载 , 2011, 60(2): 027201. doi: 10.7498/aps.60.027201
[11]	侯兆阳, 刘丽霞, 刘让苏, 田泽安. Al-Mg合金熔体快速凝固过程中微观结构演化机理的模拟研究. 必威体育下载 , 2009, 58(7): 4817-4825. doi: 10.7498/aps.58.4817
[12]	徐锦锋, 代富平, 魏炳波. 急冷条件下Cu-Pb偏晶合金的相分离研究. 必威体育下载 , 2007, 56(7): 3996-4003. doi: 10.7498/aps.56.3996
[13]	周国荣, 高秋明. 金属Ni纳米线凝固行为的分子动力学模拟. 必威体育下载 , 2007, 56(3): 1499-1505. doi: 10.7498/aps.56.1499
[14]	翟秋亚, 杨扬, 徐锦锋, 郭学锋. 快速凝固Cu-Sn亚包晶合金的电阻率及力学性能. 必威体育下载 , 2007, 56(10): 6118-6123. doi: 10.7498/aps.56.6118
[15]	侯兆阳, 刘让苏, 王鑫, 田泽安, 周群益, 陈振华. 熔体初始温度对液态金属Na凝固过程中微观结构影响的模拟研究. 必威体育下载 , 2007, 56(1): 376-383. doi: 10.7498/aps.56.376
[16]	朱才镇, 张培新, 许启明, 刘剑洪, 任祥忠, 张黔玲, 洪伟良, 李琳琳. 分子动力学模拟不同组分下CaO-Al2O3-SiO2系玻璃微观结构的转变. 必威体育下载 , 2006, 55(9): 4795-4802. doi: 10.7498/aps.55.4795
[17]	刘让苏, 覃树萍, 侯兆阳, 陈晓莹, 刘凤翔. 液态金属In凝固过程中微观结构转变的模拟研究. 必威体育下载 , 2004, 53(9): 3119-3124. doi: 10.7498/aps.53.3119
[18]	吴恒安, 倪向贵, 王宇, 王秀喜. 金属纳米棒弯曲力学行为的分子动力学模拟. 必威体育下载 , 2002, 51(7): 1412-1415. doi: 10.7498/aps.51.1412
[19]	梁海弋, 王秀喜, 吴恒安, 王宇. 纳米多晶铜微观结构的分子动力学模拟. 必威体育下载 , 2002, 51(10): 2308-2314. doi: 10.7498/aps.51.2308
[20]	陶向明, 曾耀武, 冯春木, 焦正宽, 叶高翔. 沉积在液体衬底上连续铝薄膜的微观结构. 必威体育下载 , 2000, 49(11): 2235-2239. doi: 10.7498/aps.49.2235

计量

文章访问数: 803
PDF下载量: 45
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板

Influence of topologically close-packed clusters on the solidification pathway of metallic tantalum liquid under high pressure

摘要

Abstract

作者及机构信息

1.

2.

3.

4.

5.

通信作者: 稂林, 12020013@hnist.edu.cn

Authors and contacts

1.

2.

3.

4.

5.

Corresponding author: Lang Lin, 12020013@hnist.edu.cn

文章全文 : translate this paragraph

参考文献

施引文献

目录

计量

作者中心

必威betway88欢迎你

关于期刊

关于我们

搜索

留言板

Influence of topologically close-packed clusters on the solidification pathway of metallic tantalum liquid under high pressure

摘要

Abstract

作者及机构信息

1. 2. 3. 4. 5.

通信作者: 稂林, 12020013@hnist.edu.cn

Authors and contacts

1. 2. 3. 4. 5.

Corresponding author: Lang Lin, 12020013@hnist.edu.cn

文章全文 : translate this paragraph

参考文献

施引文献

目录

计量

出版历程

作者中心

必威betway88欢迎你

关于期刊

关于我们

1.

2.

3.

4.

5.

1.

2.

3.

4.

5.